بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
"ارائه و شبیه سازی یک سلول خورشیدی MIS با ساختارچند پیوندی با بازدهی بالا"
چکیده
سلولهای خورشیدی منابع مناسبی برای انرژی های پاک و تجدید پذیر می باشند. در ابتدا سلول Metal- SiO2- ZnO - SiO2-Si را تحت روشنایی AM1,5 مورد بررسی قرار داده ایم , به طوری که این سلول ماکزیمم بازده تبدیل انرژی %19,88 را دارا است. با توجه به اینکه فوتونها با بزرگترین انرژی توسط اولین لایه جذب خواهند شد و بقیه فوتونها به لایههای بعدی میروند , به همین خاطر یک ساختار چند پیوندی از سلول خورشیدی MIS را پیشنهاد کرده ایم که بصورت Metal -SiO2-ZnO -SiO2 -Si(N)-Ge می باشد , در این ساختار مواد از شکاف باند بزرگتر ( زیر لایه سلیکونی در سلولSI M در طبقه اول ) به شکاف باند کوچکتر (دیود pn از جنس ژرمانیوم) قرار میگیرد و اجازه می دهد تا نور به طیف های مختلف تبدیل شود که سبب پر بازده ترشدن سلول می شود .بازده تبدیل محاسبه شده برای این ساختار پیشنهادی %21,6 می باشد . نتایج بدست آمده با استفاده از نرم افزار Silvaco بیان شده است.
واژههای کلیدی : سلول خورشیدی MIS چند پیوندی , ژرمانیوم , (Ge) اکسید زینک , افزایش راندمان
-1 مقدمه
اینگونه یافت شده است که رشد یک لایه اکسید نـازک در سـلول خورشــیدی نیمــه رســانای _عــایق _فلــزی (1MIS) بــر اســاس مکانیسم تونل زنـی کوانتـومی سـبب کـاهش جریـان تاریـک و افــزایش ولتــاژ اتصــال بــاز و بهبــود بــازده تبــدیل ســلولهای خورشیدی MIS میشود . [1]
مطابق شـکل (1) در سـلول MIS وقتـی نـور بـه سـطح سـلول برخورد می کند , فوتونها در سه نقطه جذب می شوند :
-1 نور با انرژی ) q BN hv ارتفاع سد ) می توانـد دراتصـال فلز– نیمه رسانا ( اتصال سد شاتکی ) جذب شود و الکترون ها را از بالای سد به داخل نیمرسانا القا کند .
-2نور با طول موج کوچک ( (hv Eg داخل نیمه رسـانا مـی شود و عمدتا" در ناحیه تهی جذب می شود .
-3نور با طول موج بلند ( (hv Eg در ناحیه خنثی نیمه رسانا جذب می شود 3 ]،.[2
کاهشی می باشـد تـا هـر نیمـه هـادی یـک درصـد مـاکزیمم از فوتونهای متناسب با شکاف باند را دریافت کند . [4]بنابراین یکی از ساده ترین راه ها برای افـزایش بهـره شـکافتگی طیف می باشد که در شـکل (2) نشـان داده شـده اسـت کـه بـا انتخاب ماده ای با شکاف باند بزرگتر در رأس و ماده ای با شـکاف باند کوچکتر در پایین سلول می توان این کـار را انجـام داد زیـرا فوتونها با بزرگترین انرژی توسط اولین لایه جذب خواهند شد و بقیه فوتونها به لایههای بعدی میروند .[5]
درساختار چند پیوندی اتصـال سـری لایـه هـای مختلـف سـبب کاهش جریان می شود , زیرا تعداد فوتونها ثابت است , بنـابراین تعداد فوتونهای در دسـترس بـرای بـرانگیختن الکترونهـا درلایـه ظرفیت کاهش می یابد . بنابراین چندساختاری ها جریان نـوری کمتری در مقایسه با تک اتصالی ها دارنـد . JSC بواسـطه شـکاف باند کم سلول زیرین می تواند محدود شـود , ایـن وابسـتگی JSC سبب محدود شدن بازده سلول دو طبقه شده اسـت . ایـن افـت بازده می تواند با نازک کردن سلول فوقانی درسـت شـود. چـون ضریب جذب برای مواد سلول خورشیدی بی نهایت نیست ، یـک سلول با ضخامت محدود همه نور برخوردی بالای شـکاف بانـد را جذب نخواهد کرد بنابراین نازک کردن سلول فوقانی تا زمانی کـه JSCb = Jsct انجام می شـود و بـازده مـاکزیمم خواهـد شـد. بـه طوری که در ایـن سـاختار پیشـنهادی ضـخامت سـلول فوقـانی
(MIS) را 1 mm در نظر گرفته ایم . هر چـه تعـداد لایـه هـای اضافی درساختار چند پیوندی بیشتر شود , سـطح جریـان کلـی کاهش و ولتاژ اتصال باز افزایش مییابدکـه طبـق معادلـه((2 ایـن سبب افزایش توان کلی و فاکتور انباشت و بازده تبـدیل میگـردد
جریان کل در یک سلول دو طبقـه برابـر مجمـوع جریـان سـلول بالایی و پایینی است به طوری که جریان اتصال کوتاه برای سلول بالایی و پایینی به صورت زیر است:
که طیف نوری رسـیده بـه سلول خورشیدی است .
در معادله ( η) , (2) بازده تبدیل انرژی و VOC ولتاژاتصال باز و JMS جریان اتصال کوتاه و FF فاکتور انباشت و Pin توان ورودی سلول خورشیدی می باشد .
برای افزایش بـازده تبـدیل سـلول خورشـیدی یـک سـلول دوطبقـه MIS (Mc(n)) / eG را پیشنهادکرده ایم که ساختارآن بصورت Metal -SiO2-ZnO-SiO2-Si -eG" "مــی باشــد . ایــده ایــن ساختار از سلولهای خورشیدی چند پیوندی گرفتـه شـده اسـت , در این ساختار مواد از شکاف باند بزرگتر ( زیر لایـه سـلیکونی در سلولSI M در طبقه اول ) به شکاف باند کـوچکتر (دیـود pn از جنس ژرمانیوم) قرار میگیرند. بازده این ساختار از تک اتصالی ها بدلیل اینکه تولید جریان نوری به جـای یـک پیونـد در دو پیونـد اتفاق می افتد، بیشتر است . همچنین سلول زیـرین توسـط یـک پیوند تونلی به منظور رانش صحیح جریان بین سلولها ، به سـلول بالایی متصل شده است, این ترتیب قرارگیری اجازه می دهـد تـا طیف خورشید به انرژیهای مختلف تبدیل شود به طوری که انرژی نزدیک به ناحیه مادون قرمز تا 1/12Ge توسط سیلیکون و مابقی فوتونها با انرژی بالاتر از 0/67 Ge توسـط لایـه ژرمـانیوم جـذب شود که این سبب افزایش راندمان سلول پیشنهادی می گردد. در شکل (3) جذب بخشی از نور تابشی توسط
